Scipedia: Documents published in 2007

Evaluación de daños y reparaciones propuestas por las fuerzas armadas estadounidenses para puentes ubicados en zona de combate

Scipedia content — Wed, 28 Jun 2017 11:08:58 +0200

Este artículo provee un resumen de los daños ocasionados en puentes, los resultados de sus evaluaciones y las reparaciones sugeridas por los autores durante los pasados 10 años en apoyo a las fuerzas armadas estadounidenses. Aunque los daños encontrados por los autores son muy variables, éstos se pueden agrupar en las siguientes categorías: Daños debido a pobre construcción o negligencia; Daños causados por incendios; Daños causados por fuerzas armadas de avance; y Daños causados por fuerzas armadas de resistencia. Este artículo provee ejemplos de cada una de estas categorías en las cuales se ofrece una breve descripción de los resultados obtenidos de las evaluaciones. Además, se presenta una discusión general de la evaluación de estos daños ocasionados en puentes. Las categorías en las cuales se dividen las evaluaciones presentadas incluyen: Daños menores e inconsecuentes; Daños locales en miembros individuales; y Pérdida total del tramo o luz.

El factor de sobre resistencia en estructuras de hormigón armado sin muros de corte

Scipedia content — Wed, 28 Jun 2017 11:08:54 +0200

Se presenta una metodología para hallar el factor de sobre resistencia RΩ en edificios de hormigón armado compuesto por vigas y columnas, en función de la deriva máxima de piso, la misma que se halla a partir de la curva de capacidad sísmica resistente que se obtiene mediante análisis no lineal estático. Posteriormente se aplica esta metodología y se obtiene la sobre resistencia en 432 estructuras de uno a seis pisos de hormigón armado, sin muros de corte y se halla la sobre resistencia en función de la deriva máxima de piso. Finalmente se encuentra la sobre resistencia local y global en dos edificios de cuatro pisos, de dos y tres vanos respectivamente.

Eficiencia de sistemas de aislamiento sísmico basados en resortes helicoidales y amortiguadores viscosos

Scipedia content — Wed, 28 Jun 2017 11:08:51 +0200

Los aisladores sísmicos formados por un paquete de resortes helicoidales conectados en paralelo con amortiguadores viscosos (Base Control System, BCS) son actualmente una alternativa técnica válida dentro del incipiente mercado dominado casi exclusivamente por la opinión general sobre la efectividad de los aisladores compuestos por capas superpuestas de goma y metal. Haciendo abstracción de los problemas tecnológicos vinculados con la construcción de los aisladores, en el presente trabajo se discute las prestaciones obtenibles por distintos sistemas de aislamiento con variadas flexibilidades horizontales y verticales. Se usa como aplicación el caso real de un edificio de la Residencia Estudiantil de la Facultad Regional Mendoza de la Universidad Tecnológica Nacional, en Argentina. Como variables de control se utilizan los desplazamientos máximos en la base y las aceleraciones y esfuerzos en zonas claves de la estructura. El análisis se lleva a cabo utilizando un modelo de Elementos Finitos y para el cálculo de la respuesta sísmica se usa el método de respuesta espectral, registros sísmicos y envolventes de espectros. Se muestra la capacidad de filtrado de los sistemas dinámicos estudiados, haciendo hincapié en el carácter y en la respuesta de los modos del sistema de aislamiento y los modos de deformación del edificio. En forma general se observa que si bien las aceleraciones trasmitidas a la superestructura son menores para los aisladores de goma-metal, debido a la posibilidad de utilizar períodos naturales más largos, esta práctica queda limitada por la gran demanda de desplazamientos en los aisladores. La reducción de esfuerzos en el hormigón debido al aislamiento es igualmente efectiva para ambos casos, debido a las características del desacoplamiento logrado.

Disipador metalico para una conexión seca articulada de viga y columna

Scipedia content — Wed, 28 Jun 2017 11:08:47 +0200

Este trabajo presenta los estudios analíticos y numéricos realizados para el diseño de un dispositivo metálico de disipación de energía para conexiones viga-columna. Este dispositivo fue concebido para ser utilizado en estructuras prefabricadas de hormigón armado y estructuras de acero de grandes luces de edificios industriales o residenciales. El disipador es compatible con el diseño tradicional de uniones secas articuladas de viga y columna y su objetivo es aumentar la capacidad de disipación de energía por medio de la deformación plástica de elementos metálicos. El trabajo revisa el estado del arte de la aplicación de disipadores de energía a estructuras prefabricadas de hormigón sometidas a excitaciones sísmicas, y reporta el estudio analítico del comportamiento mecánico del nudo viga-columna con el amortiguador metálico, el análisis numérico del comportamiento cíclico y del pandeo inelástico de la placa metálica del disipador, la formulación de una metodología de diseño con la aplicación práctica a una estructura prefabricada de hormigón sometida a carga sísmica, y finalmente, la validación experimental preliminar del desempeño del amortiguador metálico en un prototipo.

Selección de señales sísmicas para microzonificación de ciudades, caso: Armenia, Colombia

Scipedia content — Wed, 28 Jun 2017 11:08:43 +0200

El proyecto que se describe en este artículo busca implementar una metodología que sirva como base en los estudios de microzonificación que se desarrollen a futuro. Se tomó como zona de estudio la ciudad de Armenia, en Colombia. El proyecto se desarrolló en cinco etapas: evaluación de la amenaza sísmica, desagregación, obtención de registros acelerográficos, selección de señales y comparación de resultados de acuerdo a la normativa vigente. Para la evaluación de la amenaza se utilizaron los métodos propuestos por McGuire en 1976 y por Der Kiureghian en 1975, donde arrojaron como resultado para la ciudad de Armenia una aceleración máxima de 0.27g. Posteriormente, se desagregó la amenaza por medio de dos procedimientos: inversión de curvas de atenuación e igualación con el Espectro Uniforme de Amenaza, donde se identificaron tres escenarios sísmicos y el grupo de pares Magnitud-distancia compatibles con la amenaza, correspondientes a la falla Romeral [Mag. 6.3±0.1 Mw, dist. hipocentral 15±4 km.], falla Ibagué [Mag. 6.6±0.1 Mw, dist. hipocentral 45±5 km.] y la zona de Subducción [Mag. 7.7±0.1 Mw, dist. hipocentral 170±30 km.]. Los registros sísmicos utilizados fueron obtenidos de bases de datos disponibles en la Internet (K-NET, COSMOS, ISESD Y PEER) y para valores de magnitud donde no fue posible encontrar registros se generaron señales sintéticas utilizando funciones empíricas de Green. En la selección de las señales se utilizaron tres métodos de búsqueda: por criterios geofísicos, el mínimo Drms y la semblanza. Se obtuvieron en promedio 8 registros para cada uno de los escenarios sísmicos identificados. Se realizó la comparación de los espectros de respuesta obtenidos en roca de las señales seleccionadas con el espectro de diseño propuesto por la Norma NSR-98; igual procedimiento se realizó con los espectros de diseño establecidos en la normativa regional, donde se modelaron las condiciones de suelo por medio del programa EERA. Como resultado de los diferentes análisis y comparaciones realizados, se estableció que presentan algunas falencias respecto a los límites establecidos y se propone para cenizas de origen volcánico aumentar el valor del Sa entre los periodos To a Tc en un 15%, Tc correspondería a 1.0 segundo y el valor de Tl no sería modificado. Para los rellenos antrópicos y naturales se propone aumentar el valor del Sa entre los periodos To a Tc en un 10%, Tc correspondería a 0.9 segundos y el valor de Tl no presentaría modificaciones.

Estudio de la eficiencia en el control de desplazamientos laterales en sistemas de pórticos

Scipedia content — Wed, 28 Jun 2017 11:08:40 +0200

En este trabajo se estudia la eficiencia de diversas técnicas en el control de las derivas ("drift"), debido a la acción de cargas laterales en sistemas de pórticos. Las variables analizadas fueron: a) incremento de la rigidez de las vigas, b) incremento de la rigidez de las columnas, c) cantidad de ejes de columnas y d) efecto de la relación geométrica largo/altura (L/H) o "aspect ratio" de los vanos del pórtico. Los resultados señalan que el incremento en la rigidez de vigas permite alcanzar eficiencias en la reducción de las derivas entre el 75% y el 89%. En cuanto a las columnas, la eficiencia fluctúa entre el 25% hasta el 50%. Cuando se analiza el efecto de aumentar la cantidad de ejes de columnas se aprecia que es mucho más efectivo aumentar la rigidez de las columnas que aumentar la profundidad de las vigas. Se evaluaron diferentes relaciones geométricas (L/H) de los pórticos variando entre 1.67 hasta 3.0. En este caso se pudo observar que al aumentar la cantidad de ejes de columnas, para diferentes relaciones geométricas de los vanos, la eficiencia en el control de los desplazamientos debido al aumento en la rigidez de las vigas disminuye entre un 5% hasta un 7%. Por el contrario, cuando se aumenta la rigidez de las columnas y también se aumenta la cantidad de ejes de columnas, la eficiencia en la reducción de desplazamientos aumenta un 12%. Las conclusiones, gráficas y resultados numéricos permiten hacer recomendaciones en cuanto a estrategias para el control de deformaciones, minimizar daños estructurales y evaluar de manera preliminar el efecto en la redundancia del edificio de cada una de las variables analizadas.

Modelo de la berma de cortante para análisis de estabilidad a corto plazo en condiciones no drenadas de taludes homogéneos y verticales

Scipedia content — Wed, 28 Jun 2017 11:08:36 +0200

En este artículo se propone un modelo bidimensional de equilibrio límite para la determinación directa de la superficie de falla, la profundidad y localización del agrietamiento vertical, y el factor de seguridad mínimo a corto plazo en condiciones no drenadas de taludes homogéneos y verticales en suelos finos cohesivos saturados. El modelo se basa en los estados de falla activo y pasivo del suelo y en los mecanismos de falla por cortante y por flexión. El mecanismo de falla basado en el deslizamiento de una masa rígida de suelo sobre una superficie circular es comparado contra el modelo propuesto.

Sobre el uso y abuso de programas de computadora en la enseñanza de la ingeniería estructural

Scipedia content — Wed, 28 Jun 2017 11:08:33 +0200

Editorial: Sobre el uso y abuso de programas de computadora en la enseñanza de la ingeniería estructural

Obtención de curvas de resistencia residual en probetas M(T) y C(T) mediante criterio de CTOA

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:27:47 +0200

En este trabajo se muestra una implementación numérica de un criterio de fractura, basado en el CTOA, en un código comercial de elementos finitos MSC/NASTRAN, que permite analizar la propagación de fisuras y la resistencia de paneles delgados, donde los efectos de plasticidad son importantes. Con este criterio, se ha estudiado numéricamente la propagación de fisuras y la resistencia residual de diferentes probetas de paneles de pequeño espesor (M(T)y C(T), cuyo comportamiento experimental está documentado en la literatura. Este trabajo es un primer estudio que debe ser complementado con una campaña de ensayos para validar la metodología propuesta.

Contribuciones a la simulación numérica del fallo material en deformaciones finitas. Modelos elastoplásticos

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:27:42 +0200

Partiendo de la Aproximación de continuo de discontinuidades fuertes (csda) como marco para modelar el fenómeno de localización de deformaciones y discontinuidades del campo de desplazamientos, el presente artículo extiende previos obtenidos por los autores empleando cinemáticas de deformación infinitesimal y finita en modelos degradables. Mediante el análisis de discontinuidad fuerte, y adoptando un modelo continuo (tensión-deformación) elastoplástico isótropo, se deriva el modelo constitutivo discreto proyectado (vector tracción versus salto del campo de desplazamiento), junto con las condiciones de discontinuidad fuerte que restringen los estados tensionales en el régimen discontinuo. Se establece una comparación entre los modelos constitutivos discretos proyectados obtenidos con ambas cinemáticas (deformaciones infinitesimalesy finitas). Al final del artículo se expone una serie de ensayos numéricos con objeto de corroborar la teoría del modelo propuesto y de enfatizar el papel que desempeña la cinemática de grandes deformaciones en los resultados obtenidos.

Comportamiento dinámico de placas anisótropas con distintas combinaciones de las clásicas condiciones de borde

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:27:38 +0200

En el presente trabajo se determinan las frecuencias naturales de vibración en placas delgadas rectangulares anisótropos, sustentadas en sus cuatro bordes por combinaciones diferentes de las clásicas condiciones de vínculos. Se consideran tres conjuntos de condiciones de contorno: ¡) un par de bordes opuestos empotrado y el otro par de bordes empotrado-simplemente apoyado, 2) tres bordes empotrados y el restante libre, 3) ambos pares de bordes empotrado-simplemente apoyado. Se considera la incidencia de la anisotropía del material, examinando el efecto de esta variable sobre las frecuencias naturales y formas modales de placas cuadrangulares con distintas relaciones de lados. Se utiliza el método variacional de Ritz, empleando como funciones aproximantes del desplazamiento las denominadas “funciones viga” en cada dirección coordenada principal. Es importante destacar el hecho de que en un trabajo pionero sobre el tema del cual son autores Mohan and Kingsbury se realiza un grave error desde el punto de vista matemático, ya que se utiliza el método variacional de Galerkin para obtener el algoritmo de cálculo siendo que las funciones coordenadas utilizadas no satisfacen condiciones naturales en varios casos. Por consiguiente, los resultados obtenidos no son lícitos en la mayoría de los casos tratados en el trabajo mencionado. Se realiza una implementación computacional que permite optimizar los tiempos para la obtención de resultados. A partir de la condición de anisotropía se efectúa la particularización al caso isótropo y ortótropo. Para validar la metodología empleada se comparan los resultados obtenidos con los disponibles en la literatura científica. Los resultados de este trabajo muestran que las frecuencias naturales on afectadas directamente por las condiciones de contorno y por la anisotropía del material y que el comportamiento dinámico de las mismas no puede predecirse sobre la base del análisis convencional de placas isótropas y ortótropas.

Minimización de la distorsión de mallas formadas por cuadriláteros o hexaedros

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:27:35 +0200

En este artículo se presenta un algoritmo para la minimización de la medida de la distorsión definida por Oddy para una malla formada por cuadriléteros o hexaedros. Aunque dicha medida ha sido ampliamente utilizada, su definición original presenta varias propiedades que limitan su utilización en un algoritmo de minimización. Por ejemplo, sólo es válida para cuadríláteros o hexaedros convexos y proporciona un valor infinito de la distorsión en un cuadrilátero en el que tres vértices están alineados. Con el fin de superar estas limitaciones en este trabajo primero se deduce una interpretación geométrica de la definición original de la medida de la distorsión. Además se demuestra que dicha interpretación es válida tanto para cuadriláteros como para hexaedros. Seguidamente y basándose en dicha interpretación, se desarrolla una medida de la distorsión para cuadriláteros y hexaedros no convexos. Finalmente, se presenta un algoritmo para la minimización de la nueva medida de la distorsión de la malla basado en el método de Newton-Raphson. Es importante resaltar que ambas definiciones coinciden cerca de la solución óptima. Así mismo, se presentan varios ejemplos que confirman la eficiencia del algoritmo desarrollado.

Análisis de uniones atornilladas vigas-pilar realizadas con chapa frontal a tope

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:27:30 +0200

Hoy en día está ampliamente reconocido que las uniones y los elementos de una estructura metálica presentan un comportamiento semirrígido y no lineal teniendo los estudios actuales como objetivo incorporar tales conceptos en los métodos de diseño y análisis . El presente trabajo se centra en el estudio de las uniones atornilladas viga-pilar realizadas con chapa frontal a tope, tipo de unión ampliamente utilizada por ser de fácil fabricación y montaje , con el objetivo de predecir su comportamiento rotacional (curva momento-rotación) para que pueda ser incorporado en el análisis de la estructura. Para la determinación del comportamiento rotacional del mencionado tipo de unión se ha realizado un modelo tridimensional de elementos finitos para ser analizado mediante el paquete software COSMOS/M. Dicho modelo contempla la compleja interacción entre los diversos elementos que la componen. Así se han modelado la viga, la chapa frontal, los tornillos ( pernos y tuercas) y el lado del pilar. Además, como ley de comportamiento del acero, tanto para los elementos a unir como para los tornillos se utiliza el diagrama bilineal correspondiente a un comportamiento elástico-perfectamente plástico. Para la validación del modelo propuesto se han comparado los resultados que arroja con los deducidos teóricamente siguiendo las recomendaciones del Eurocódigo 3 (unión equivalente en Ty Teoría de las Líneas de Rotura) y con los obtenidos experimentalmente.

Modelo simplificado para la simulación de la interacción dinámica catenaria-pantógrafo

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:27:25 +0200

En este artículo se presenta un modelo simplificado unidimensional para la simulación de la interacción dinámica entre la catenaria y el pantógrafo. Los modelos simplificados para estudiar este problema desarrollados por otros autores, realizan hipótesis simplificatorias sobre la distribución de rigidez en la catenaria o el modelado del contacto entre la catenaria y el pantógrafo. En este trabajo se presenta un modelo semianalítico para la determinación de la rigidez exacta de la catenaria. Debido a la formulación empleada, el método es rápido y preciso lo que permite su empleo en este tipo de modelos simplificados donde se sacrifica cierta precisión en los resultados a cambio de ganar velocidad de cálculo. Por otro lado, el modelo incorpora una formulación del problema de contacto basado en multiplicadores de Lagrange, lo que permite calcular de forma exacta las fuerzas de contacto y el comportamiento del conjunto cuando existen despegues. De cara a obtener la respuesta del sistema se formulan las ecuaciones del movimiento para un sistema unidimensional. Este sistema simplificado recoge las características dinámicas más importantes del conjunto catenaria-pantógrafo. Los autores presentan validaciones y comparativas de resultados con otros modelos simplificados existentes en la literatura, resaltando la importancia de modelar la rigidez real de la catenaria y el contacto.

Estudo numérico do campo de tensões de contato em componentes revestidos

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:27:22 +0200

A utilização de corpos revestidos a tensões de contato tem sido uma opção importante na redução do desgaste superficial em uma vasta gama de corpos sujeitos a um carregamento de contato. Nestas situações , mecanismos de falha ocorrem, geralmente, porr tres diferentes motivos. Escoamento plástico excesivo, fratura ou delaminação do recvestimento do seu substrato. Neste trabalho, procedeu-se uma análise bidimensional da distribuição das tensões de contato que surgem quando um semiplano revestido é submetido a carragamentos normal e tangencial aplicados por un indentador elástico e cilíndrico. O cálculo das tensões foi feito utilizando-se o Método dos Elementos Finitos. Considerou-se uma Interface perfeita e contínua entre o substrato e o revestimento. Tres tipos de materiais foram usados como revestimentos. Bronze, ceramica (SiC) e aço. Este último na validação do modelo proposto. Os resultados foram utilizados para se investigar a influencia na posição dos máximos valores da tensão de Mises e da primeira tensão principal, quando se variam os parámetros: i) espessura da camada de revestimento; ii) coeficiente de atrito; iii) propriedades mecanicas do material. Os resultados mostram que a posição dos pontos críticos é influenciada pelos dois primeiros parámetros analisados. Verificou-se um deslocamento da posição do ponto crítico da interface do revestimento em direção à superficie de contato, enquanto se aumentam ou o coeficiente de atrito ou a espessura de camada, mantendo-se os demais parámetros constantes, nos revestimentos dúteis-bronze e aço. Para o revestimento frágil (Sic),observou-se que o ponto crítico ocorre sempre na superficie de contato e que há uma espessura ótima de revestimento.

Un modelo monodimensional para el análisis de barras de pared delgada de material compuesto

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:27:18 +0200

One–dimensional model is presented for the analysis of thin–walled composite beams. Each wall is made of orthotropic layers bonded together to form a laminate that can be anisotropic. The theory uses the Navier–Bernoulli and Vlasov models to describe bending and twist, respectively, at beam level, and the Love–Kirchhof model to define the constitutive equations at lamina level. As first result, a 5 × 5 cross– sectional stiffness matrix is obtained that relates one–dimensional generalized beam forces and moments to one–dimensional generalized displacements. Later, the cross–sectional stiffness matrix of one beam element is obtained using The Virtual Work Principle and the appropriate shape functions. This formulation allows the modeling of either open–section or closed–section beams of arbitrary section shape with arbitrary layup. Two examples of sections with circumferentially uniform stiffness (CUS) and circumferentially asymmetric stiffness (CAS) are presented for the study of extension–twist and bending–twist elastic couplings, respectively. The technique has been validated comparing the results obtained with the results deduced by other authors.

PLACA/DPLACA: Código para la simulación del comportamiento de un combustible tipo placa monolítico/disperso

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:27:15 +0200

Se presentan los códigos PLACA/DPLACA desarrollados para la descripción del comportamiento bajo irradiación de elemento combustibles del tipo de los utilizados en reactores nucleares de investigación PLACA en sus dos versiones, simula combustibles monolíticos y dispersos, respectivamente . Reúnen una treintena de modelos teóricos o empíricos interrelacionados y mutuamente dependientes, por lo que uno de los desafíos es obtener un funcionamiento armónico del conjunto. Ambos códigos fueron empleados para simular diversas historias de irradiación. La comparación entre los resultados calculados y los datos experimentales demuestra que los modelos utilizados y el acoplamiento entre ellos son adecuados, permitiendo una simulación detallada de la evolución dentro del reactor de los parámetros físicos más relevantes de un elemento combustible del tipo placa.

Estudio de los parámetros del filro Wiener en near-field acoustic holography

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:27:12 +0200

Inorder to study the acoustic and vibratory behavior of a sonorous source by means of images reconstructed with the technique Near-Field Acoustic Holography (NAH) from experimental measurements of sound pressure, it is necessary to filter the signal of entrance in the wave number space to obtain a good resolution of the reconstructed image. The components of greater number of wave related to the distortion of the information, therefore it is natural to hope that the best results will be obtained when the components of greater number of wave are eliminated, that is to say, filtering. Nevertheless, the filter reduces the resolution in the prediction plane. This means that the resolution in the prediction plane is different from the resolutin in the hologram plane. in this work it is carried out a study of the parameters of the Wiener filterused in the reconstruction of the acoustic parameters of a sonorous source by means of NAH. The value of the parameters used in this filter are optimized with the objective of obtaining images with good qualityof reconstruction and location of sonorous sources, as well as values similar to the obtained ones with the conventional techniques.

Estudo do afeito do atrito no contacto entre os ossículos do ouvido médio

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:27:03 +0200

O sistema auditivo comporta complexo fenómenos , entre eles o biomecanico. O ouvido médio é constituído pelos ossículos , martelo, bigorna e estribo, dos quais derivam ligamentos, músculos e tendões . A energia sonora é captada pelo pavailhão, canal auditivo externo e tímpano , sendo transformada em energia mecanica e transmitida aos ossículos. Neste trabalho efectuou-se a modelação do ouvido e respectivos ligamentos pelo Método dos Elementos Finitos, sendo a ligação entre ossículos efectuada por um modelo de contacto. A modeloção dos ligamentos foi realizada pela utilização de uma formulação material baseada num modelo hiperelástico . Efectuaram-se estudos relativamente aos campos de deslocamentos, na membrana timpanica e na platina do estribo, assim como, as rotações verificadas na platina do estribo. Analisou-se ainda o campo de tensões induzidas nos ligamentos ao exterior da cadeia ossicular. Os estudos foram realizados para vários coeficientes de atrito entre os ossículos e para diferentes valores de pressão aplicados à membrana timpanica. A análise dos resultados obtidos permitiu concluir que a simulação da ligação entre os ossículos pode ser abordada com base numa formulação de contacto com atrito,podendo ser considerada como uma ligação quase rígida.

Modelización de sistemas multicuerpo flexibles para análisis dinámico con no linealidad geométrica

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:26:59 +0200

Las herramientas de simulación en el análisis de sistemas multicuerpo soun un campo de investigación vivo y abierto, que permite la reducción de tiempos y costes en el proceso de diseño mecánicos. Durante los últimos años, los autores han desarrollado un método de análisis de sistemas multicuerpo con componentes rígidos y flexibles, basado en la aproximación de sistema de referencia móvil. En este tipo de métodos se usan coordenadas que separan el movimiento de gran amplitud del mecanismo, del de pequeña amplitud, debido a la deformación de componentes. Son muy eficientes y están muy extendidos, pero son válidos cuando los componentes flexibles experimentan pequeñas deformaciones. Con componentes suficientementeflexibles trabajando a velocidades elevadas deja de ser admisible a la hipótesis de pequeñas deformaciones y aparecen efectos de segundo orden que influyen decisivamente en la predicción del movimiento del sistema. Este trabajo estudia la modelización del fenómeno de rigidización geométrica en el análisis de sistemas multicuerpo con componentes flexibles, con un doble objetivo, la determinación precisa del estado tensional en componentes y la consecución de tiempo real en la simulación de este tipo de sistemas en ordenadores convencionales. Para ello se analiza un sistema en el que esta no linealidad elástica geométrica es significativa y se ensayan dos propuestas basadas, respectivamente en el aumento del número de modos axiales y en la consideración del movimiento axial causado por la flexión o “foreshortening”. Dichas propuestas permiten mejorar la precisión y la eficiencia de las formulaciones actuales.

Análisis computacional del pandeo de paneles cilíndricos bajo presión uniforme

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:26:55 +0200

En este trabajo se investiga una metodología de energía reducida para calcular el límite inferior de carga de pandeo de paneles cilíndricos rebajados. La formulación de esta nueva metodologíaestá basada en los postulados establecidos en la literatura para el cálculo de límites inferiores de carga de pandeo y se ha implementado en un programa de elementos finitos de aplicaciones múltiples. Se han analizado paneles formados de material isotrópico y caracterizados por tres valores de parámetro de Batdorf. De la comparación de los resultados obtenidos con la metodología propuesta con aquellos obtenidos de análisis no lineales incluyendo diferentes niveles de imperfección geométrica, surge que el modelo de energía reducida aplicado a paneles cilíndricos no conduce a límites inferiores de carga de pandeo. Si bien este nuevo modelo de energía reducida predice cargas de pandeo inferiores a las obtenidas del análisis clásico, éstas son mayores que las obtenidas de análisis no lineales. Sin embargo, la viabilidad de la implementación de una metodología de energía reducida en un programa de elementos finitos de aplicaciones múltiples queda demostrada.

Otimização da rigidez de ligações resistentes a momento fletor utilizando algoritmo genético

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:26:51 +0200

Os métodos heurísticos são uma poderosa ferramenta para a otimização de problemas complexos. Os algoritmos genéticos são os métodos heurísticos que mais tem se destacado na otimização de problemas de engenharia. Este trabalho apresenta a implementação e o teste de um programa em linguagem C++ para a otimização de ligações parahusadas em peças de madeira. Foram usados os critérios de dimensionamento do EUROCODE 5 para a madeira e do EUROCODE 3 para as chapas de aço. Foram realizadas doze simulações e o programa apresentou uma boa convergencia para ligações utlizando chapas de aço como elemento de ligação.

Detección de anomalías 2D por un método de inversión tomográfica por mínima dispersión

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:26:47 +0200

Existen numerosos métodos de inversión por la técnica de tomografía en tiempo de viaje. En este trabajo se desarolló un procedimiento original para la determinación de anomalía convexas, homogéneas e isotrópicas en un medio con las mismas dos últimas características. Los emisores, receptores y la inclusión ubicados en forma arbitraria en un dominio bi-dimensional . Se hace uso de un criterio de mínima dispersión que conduce a un sistema lineal de ecuaciones . La experimentación numérica muestra la validez del método en lo que respecta a la ubicación, forma y tamaño de la anomalía.

Modelagem estocástica do comportamento dinamico da tabuleiros rodoviários submetidos ao tráfego de veículos

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:26:44 +0200

Neste trabalho propõe-se uma metodología, desenvolvida, no domínio do tempo, de acordo com um modelo estadístico, para análise da desposta dinamica do tabuleiro de pontes rodoviárias devido à travessia de comboios de diversos tipos de veículos e o tabuleiro como um único sistema: sistema veículo-viga. Simula-se o tabuleiro por elementos finitos unilineales, massas discretizadas nos nós e flexibilidade distribuída ao longo destes elementos. São considerados quatro modelos para representar os veículos do comboio, com um, dois ou tres eixos, todos constituídos por conjuntos de massas, molas e amostecedores. As irregularidades da pista são definidas por um modelo matemático não-determinístico, com base na densidade espectral do perfil do pavimento. O carregamento sobre a superestrutura é constituído por uma sucessão infinita de veículos, igualmente espaçados e deslocando-se com velocidade constante. São estudadas as respostas dos modelos estruturais, com base em tabuleiros de concreto armado, com e sem balanços, em seçao do tipo caixão, nas seções onde ocorrem os efeitos máximos. As conclusões deste trabalho versam sobre a adequação da metodología de análise desenvolvida e do modelo matemático empregado,observando-se a influencia do tipo de veículo sobre a desposta dinamica dos tabuleiros rodoviários analisados, bem como, a magnitude dos afeitos provenientes da interação das viaturas com as irregularidades superficiaias e suas conseqüencias sobre as atitudes correntes de prometo.

Alto desempenho. O concreto armado do século XXI?

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:26:36 +0200

Este trabalho trata de uma análise do material concreo armado no cenário do século XXIsob o ponto de vista dos materiais constituintes. Primeiramente descreve-se a aproximação teórica do dimensionamento de elementos fletidos com base em notações contidas nas Normas BAEL 91. Posteriormente são apresentados resultados numéricos carga-flecha obtidos para vigas e placas de concreto armado sendo estes validados por intermédio de ensaios experimentais. As modelagens numéricas foram efectuadas no programa CASTEM 2000. Neste programa um modelo elastoplástico de Drucker-Prager define a superficie de ruptura do concreto em plasticidade não associativa. A fissuração é tratada de maneira distribuída sobre os pontos de integração dos elementos finitos com criterio de formação a partir da definição da superficie de ruptura no ramo tração-tração do modelo de Ranking. As armaduras foram modeladas de maneira discreta com aderencia perfeita. Por fim faz-se uma análise comparativa entre os resultados numéricos obtidos e os critérios de dimensionamento, traçando-se assim críticamente o futuro do concreto armado de alto desempenho neste início de século XXI.

Estrategias evolutivas aplicadas en la optimización de problemas con interacción fluido-solido

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:26:32 +0200

Se investiga la utilidad de las Estrategias Evolutivas en la optimización de un problema que requiere el análisis por el método de elementos finitos de un sólido junto con un fluido en movimiento. El problema consiste en la minimización del peso de una lámina sujeta al paso del aire a través de un conducto cerrado. El problema presentado tiene el interés de ser multidisciplinario, con esquemas de integración y acoplamiento entre formulaciones muy distinyas y con una extensión directa a problemas de ingeniería estructural ,mecánica y aeronáutica.

Aplicación de técnicas de optimización para la determinación de parámetros modales a través de las funciones de respuesta en frecuencia

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:26:29 +0200

En el presente trabajo, se desarrolla la aplicación de técnicas de optimización- a través de las FRF- para la determinación de parámetros modales por el método de identificación, que se ciñen exclusivamente a: sistemas con amortiguamento histerético o estructural, nivels de amortiguamiento bajos, y métodos que trabajan en el dominio de la frecuencia. Se abre un nuevo camino para la resolución- a través de métodos de optimización y particularmente del programa GAMS-del problema inverso en análisis modal, que pemite determinar el modelo modal a partir de la respuesta del sistema. Se proponen ténicas de descomposición para trabajar con magnitudes complejas, que permiten separadamente la parte real e imaginaria así como ejemplos de las mismas para la implementación en programas comerciales de optimización. No es necesario cálculo previo alguno para estimar los valores iniciales de los parámetros modales; ya que no hace falta suministrar buenas estimaciones iniciales para que el proceso converja. Se tiene en cuenta la influencia de los modos altos y bajos de forma rigurosa, a través del mismo algoritmo de optimización.

Análisis probabilístico aplicado al diseño de fundaciones profundas sometidas a cargas laterales en suelos loéssicos

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:26:25 +0200

El Diseño Basado en niveles de Confiabilidad (DBC) brinda mayor certidumbre en las predicciones geotécnicas que los métodos determinísticos cuando los parámetros involucrados en el proceso de cálculo presentan alta variabilidad. En este trabajo se presenta la probabilidad de falla de pilotes sometidos a solicitaciones laterales empleando criterios de deformación y reduciendo el problema tridimensional a dos dimensiones por medio del empleo de curvas p-y. Se desarrolla un procedimiento de calibración para diferentes tipos de suelos. Se implementa la metodología necesaria para aplicar el DBC, contemplado las condiciones relativas a la sección de modelos predictivos de deflexionesy esfuerzos internos. La modelación se contrasta con resultados experiementales. Se muestra la ventaja de introducir la teoría de probabilidad para predecir el comportamiento de pilotes.Los resultados obtenidos muestran que los factores de seguridad que se deberína adoptar en el diseño de pilotes dependen del nivel de carga y el comportamiento elastoplástico del sistema sulo-pilote.

Detección de cavidades en problemas de elastostática usando algoritmos genéticos y el método de elementos de contorno

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:26:22 +0200

En este artículo se presenta una solución eficiente de problemas de optimización para la detección de cavidades usando una técnica de superposición de cargas puntuales en lastostática empleando el método de elementos de contorno. La superposición de un conjunto de cargas para simular la presencia de cavidades ofrece una ventaja en la reducción del tiempo computacional en problemas de elastostática; el uso del método de elementos de contorno optimiza el proceso ya que no requiere re-discretizar el contorno. Se formula una función objetivo para minimizar la diferencia entre las deformaciones calculadas y medidas a lo largo del contorno. Se emplean algoritmos genéticos como el método de optimización para garantizar una solución óptima global dentro del espaciode diseño de una función objetivo altamente no lineal y multiparamétrica. Además.los algoritmos genéticos son paralelizados y dinamicamente balanceados para incremetar la eficiencia del proceso de optimmización. Se valida la precisión de la solución en configuraciones geométricas regulares o irregulares con cavidades simples y múltiples a partir de resultados obtenidos a través de experimentos numéricos con errores aleatorios.

Un nuevo enfoque para el tratamiento de los términos difusivos de la ecuación de convección-difusión en el método de Galerkin discontinuo

Scipedia content — Thu, 15 Jun 2017 17:26:17 +0200

Los modelos utilizados en la práctica para problemas de convección-difusión están habitualmente basados en la ley de fick. En ciertas aplicaciones el uso de la ley de Fick lineal puede ser adecuado, a pesar de predecir velocidades de propagación infinitas. sin embargo, en muchas otras aplicaciones es necesario el uso de modelos con velocidad finita de propagación. A lo largo de la historia se han propuesto varios modelos que intentan solventar este inconveniente y, sin duda, el modelo lineal más aceptado entre la comunidad científica es el propuesto por vez primera por Cattaneo en 1948. El modelo de Cattaneo fue desarrollado para problemas de difusión pura. Sin embargo, en aplicaciones prácticas de ingeniería el transporte se produce conjuntamente por convección y por difusión. Por ello los autores han propuesto recientemente una generalización del modelo de Cattaneo aplicable a problemas convectivo-difusivos que da a lugar a un modelo de ecuaciones hiperbólicas. Por otra parte, en el marco de los métodos de Galerkin discontinuo, la discretización de los términos difusivos es compleja y requiere la utilización de métodos híbridos. Sin embargo, el método de Galerkin discontinuo es más adecuado para la discretización del modelo hiperbólico de convección-difusión propuesto por los autores. Por ello, en este artículo se presenta una formulación de Galerkin discontinuo para el modelo hiperbólico de convección-difusión y se compara con el modelo parabólico discretizado mediante métodos de Galerkin discontinuo.

Stabilized solution of the multidimensional advection-diffusion-absorption equation using linear finite elements

María Jesús Samper — Tue, 25 Oct 2016 13:31:13 +0200

A stabilized finite element method (FEM) for the multidimensional steady state advection-diffusion-absorption equation is presented. The stabilized formulation is based on the modified governing differential equations derived via the Finite Calculus (FIC) method. For 1D problems the stabilization terms act as a nonlinear additional diffusion governed by a single stabilization parameter. It is shown that for multidimensional problems an orthotropic stabilizing diffusion must be added along the principal directions of curvature of the solution. A simple iterative algorithm yielding a stable and accurate solution for all the range of physical parameters and boundary conditions is described. Numerical results for 1D and 2D problems with sharp gradients are presented showing the effectiveness and accuracy of the new stabilized formulation.

Nonlinear Analysis of Orthotropic Membrane and Shell Structures Including Fluid-structure Interaction

Scipedia content — Tue, 24 May 2016 19:22:02 +0200

Nowadays, fluid-structure interaction problems are a great challenge of different fields in engineering and applied sciences. In civil engineering applications, wind flow and structural motion may lead to aeroelastic instabilities on constructions such as long-span bridges, high-rise buildings and light-weight roof structures. On the other hand, biomechanical applications are interested in the study of hemodynamics, i.e. blood flow through large arteries, where large structural membrane deformations interact with incompressible fluids.

In the structural part of this work, a new methodology for the analysis of geometrically nonlinear orthotropic membrane and rotation-free shell elements is developed based on the principal fiber orientation of the material. A direct consequence of the fiber orientation strategy is the possibility to analyze initially out-of-plane prestressed membrane and shell structures. Additionally, since conventional membrane theory allows compression stresses, a wrinkling algorithm based on modifying the constitutive equation is presented. The structure is modeled with finite elements emerging from the governing equations of elastodynamics.

The fluid portion of this work is governed by the incompressible Navier-Stokes equations, which are modeled by stabilized equal-order interpolation finite elements. Since the monolithic solution for these equations has the disadvantage that take great computer effort to solve large algebraic system of equations, the fractional step methodology is used to take advantage of the computational efficiency given by the uncoupling of the pressure from the velocity field. In addition, the generalized-a time integration scheme for fluids is adapted to be used with the fractional step technique.

The fluid-structure interaction problem is formulated as a three-field system: the structure, the fluid and the moving fluid mesh solver. Motion of the fluid domain is accounted for with the arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation with two different mesh update strategies. The coupling between the fluid and the structure is performed with the strong coupling block Gauss-Seidel partitioned technique. Since the fluid-structure interaction problem is highly nonlinear, a relaxation technique based on Aitken's method is implemented in the strong coupling formulation to accelerate the convergence.

Finally several example problems are presented in each field to verify the robustness and efficiency of the overall algorithm, many of them validated with reference solutions.